列管式换热器设计

列管式换热器设计

XXX学校

本科课程设计

题目：列管式换热器

专业：应用化学

学院： XX 学院

班级： XX级XX 班

姓名： X X X

学号：

指导教师： X X X

目录

1 概述................................................ 错误!未定义书签。

1.1课程设计学习目的及其重要性 ................. 错误!未定义书签。

1.2换热器设计的重要性及其步骤 ................. 错误!未定义书签。2课程设计任务书...................................... 错误!未定义书签。

3 设计方案的确定 (6)

4 生产条件及其物料的物性参数 (7)

4.1生产条件及工艺参数 (7)

4.2主要物料的物性参数 (7)

5 工艺设计计算 (7)

5.1 传热面积估算 (7)

5.2 工艺结构尺寸计算及选型 (8)

5.3 换热器核算 (10)

6换热器主要结构尺寸和技术结果 (12)

7课程设计收获及建议 (13)

8设备工程图样 (14)

9 参考文献 (14)

3 设计方案的确定

选择换热器类型、管程安排

确定物性参数

计算热负荷Q、传热温差△t m

估算传热系数K、估算传热面积S

工艺结构尺寸及选型（管径、管内流速、管程数和

传热管数、平均传热温差校正及壳程数、传热管排

列方式、折流挡板、其他部件、接管）

否

换热器核算（计算管程传热膜系数、壳程传热膜系

数、核算总传热系数、核算传热面积）

S/S′

=1.1~1.25

是

换热器内压降核算

内压降符合要求，则计算完成

4生产条件及其物料的物性参数

4.1生产条件及工艺参数

生产条件：

①操作压力常压（绝压）

②当地大气压 96 kPa（绝压）

③柴油流量为36000kg/h

确定设计方案：

（1）选择换热器的类型两流体的温度变化情况：

热流体进口温度180℃，出口温度130℃;

冷流体进口温度60℃，出口温度110℃.

t m柴=2

130

180+

=155℃，t

m油品

=2

110

60+

=85℃

∴∆ t

m柴=t

m柴

-t

m油品

=155-85=70℃

因该换热器管壁温度与壳体温度差较大，故选用浮头式换热器。

（2）管程安排由于油品黏度大，为减少损失且充分利用柴油的热量、便于清洗，所以安排柴油走管程，油品走壳程。

4.2主要物料的物性参数

定性温度指流体进、出口温度的平均值。故

管程流体的定性温度T=2130

180+

=155℃,

壳程流体的定性温度t=2110

60+

=85℃，

依据定性温度，查取管程和壳程流体的有关物性数据如下：

柴油在155℃下的物性数据：ρ

1=715㎏/m³，C

P,1

=2.48kJ/㎏·℃，

λ

1=0.133w/m·℃,μ

1

=6.4×10-4Pa·S

油品在85℃下的物性数据：ρ

2=860㎏/m³, C

P,2

=2.2kJ/㎏·℃,

λ

2=2.2w/m·℃,μ

2

=5.2×10-3Pa·S

5工艺设计计算

5.1 传热面积估算

5.1.1热流量（忽略热损失）

Q T =q m,1·C P,1·∆T=36000×2.48×(180-130)=4.464×106 (kJ /h )=1240 (kw)

5.1.2油品用量（忽略热损失）

q m,2=Q T /C P,2∆t=1240×103/2.2×103×(110-60)=11.27(㎏/s)=40572(㎏/h)

5.1.3平均传热温差∆t m 先按纯逆流计算得

∆t 1=180-110=70℃ ， ∆t 2=130-60=70℃ ∆t 1/∆t 2=1≤2,可用算术平均值代替对数平均值

∆t m =∆t 1+∆t 2/2=70℃

5.1.4初算传热面积

假设K=280 (W/㎡·℃)，则估算的传热面积为 S 估=Q T /K ·∆t m = 1240×103/（280×70）=63.3 (㎡)

5.2 工艺结构尺寸计算及选型 5.2.1管径和管内流速

选用Φ25㎜×2.5㎜较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u i =1.2m/s.

5.2.2管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

N S =q v /4∏d i 2u i =()2

02

.02.1785.0715360036000⨯⨯⨯÷=37 按单程管计算，所需传热管长度为

L=S N d S

估∏=37

025.014.33

.63⨯⨯≈22(m)

按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。依据本设计实际情况，

采用非标设计，现取传热管长l=6m, 则该换热器的管程数为

N P =

l L =6

22≈4 传热管总根数 n= N S ·N P =37×4=148

5.2.3平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数计算如下：

P=(t 2-t 1)/(T 1-T 1)=(110-60)/(180-60)=0.417 R=(T 1-T 2)/(t 2-t 1)=(180-130)/(110-60)=1

按单壳程、四管程结构，查温度差校正系数图得

Φ∆t =0.85, 平均传热温差∆t ′m =Φ∆t ·∆t m =0.85×70=59.5(℃)

∵Φ∆t >0.8 , ∴采用单壳程适宜.